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Impressum
© 2008 Franzis Verlag GmbH, 85586 Poing
www.franzis.de/elo-das-magazin
Autor: Burkhard Kainka
Art & design, Satz: www.ideehoch2.de
ISBN 978-3-7723-3199-2
Produziert im Auftrag der Firma Conrad Electronic SE, Klaus-Conrad-Str. 1, 92240 Hirschau
Alle Rechte vorbehalten, auch die der fotomechanischen Wiedergabe und der Speicherung in elektronischen Medien.
Das Erstellen und Verbreiten von Kopien auf Papier, auf Datenträger oder im Internet, insbesondere als PDF, ist nur mit
ausdrücklicher Genehmigung des Verlags gestattet und wird widrigenfalls strafrechtlich verfolgt.
Die meisten Produktbezeichnungen von Hard- und Software sowie Firmennamen und Firmenlogos, die in diesem Werk
genannt werden, sind in der Regel gleichzeitig auch eingetragene Warenzeichen und sollten als solche betrachtet werden.
Der Verlag folgt bei den Produktbezeichnungen im Wesentlichen den Schreibweisen der Hersteller.
Alle in diesem Buch vorgestellten Schaltungen und Programme wurden mit der größtmöglichen Sorgfalt entwickelt,
geprüft und getestet. Trotzdem können Fehler im Buch und in der Software nicht vollständig ausgeschlossen werden.
Verlag und Autor übernehmen für fehlerhafte Angaben und deren Folgen keine Haftung.
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Ein Adventskalender …
… mit 24 Türchen, da denkt jeder zuerst an Schokolade. Aber dieser Kalender enthält
elektronische Bauteile. Tag für Tag, vom 1. Dezember bis zum 24. Dezember, finden Sie
hinter jedem Türchen ein neues Bauteil und einen passenden Versuch in diesem Handbuch. Und am 24. Dezember wird eine elektronische Schaltung aufgebaut, die sich jeder gerne anschaut. Schmücken Sie damit Ihren Weihnachtsbaum.
Bitte widerstehen Sie der Versuchung, gleich alle Türchen auf einmal zu öffnen. Wenn
Sie genau der Reihe nach vorgehen, sind die einzelnen Schaltungen leicht zu bauen.
Und auch ohne Vorkenntnisse werden Sie im Laufe des Monats immer mehr Spaß an
den Experimenten haben und viel über Elektronik lernen. Einige Bauteile werden zwischendurch nicht benötigt, später aber wieder eingesetzt. Sie sollten sie daher gut aufbewahren. Und wenn Sie alle Versuche erfolgreich durchgeführt haben, werden Sie sicherlich bereits eigene Schaltungen entwerfen können.
Wir wünschen viel Freude und eine frohe Weihnachtszeit!
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Alle Versuche im Überblick:
1. Tag: Der Piezo-Schallwandler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2. Tag: Das Laborsteckboard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
3. Tag: Ein Widerstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
4. Tag: Die rote Leuchtdiode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
5. Tag: Die grüne LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
6. Tag: Parallelschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
7. Tag: Der Kondensator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
8. Tag: Mehr Widerstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
9. Tag: Der NPN-Transistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
10. Tag: Ein Berührungssensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
11. Tag: Ein Lichtsensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
12. Tag: Personendetektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
13. Tag: Schwingungssensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
14. Tag: Ein NF-Verstärker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
15. Tag: Hochfrequenzdetektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
16. Tag: Ein elektronischer Blinker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
17. Tag: Ein Tongenerator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
18. Tag: Flip-Flop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
19. Tag: Der Wechselblinker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
20. Tag: Ein Sensorschalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
21. Tag: Der Klopfgeist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
22. Tag: Blitzlicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
23. Tag: Die elektronische Grille . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
24. Tag: Der Dreiphasen-Blinker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
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1. Tag Der Piezo-Schallwandler
Öffnen Sie das erste Türchen und nehmen Sie den Batterieclip und den piezokeramischen
Schallwandler mit zwei angelöteten Drähten heraus. Eine 9-V-Blockbatterie sollten Sie zusätzlich
bereithalten. Sie muss nicht mehr ganz voll sein. Eine ausgemusterte Batterie aus einem Rauchmelder reicht meist völlig aus. Eine fast leere Batterie hat für die ersten Experimente sogar Vorteile, weil sie bei einem versehentlichen Kurzschluss keinen Schaden mehr anrichten kann. Eine
frische 9-V-Alkali-Batterie liefert dagegen genügend Strom, um bei einem Fehler empfindliche
Bauteile zu zerstören.
1. Tag
Der Piezo-Schallwandler dient als einfacher Lautsprecher und als Mikrofon oder Schwingungssensor. Der piezoelektrische Effekt führt zu einer Verformung, wenn eine Spannung angelegt
wird, und erzeugt umgekehrt eine Spannung, wenn der Kristall gebogen wird.
Verbinden Sie die Batterie kurz mit dem Piezo-Schallwandler. Es knackt, aber nur einmal. Beim
nächsten Anschließen ändert sich die Spannung nicht mehr. Der Wandler bleibt aufgeladen und
hält seine Spannung von etwa 9 V. Drehen Sie dagegen die Batterie jeweils um, dann knackt es
etwas lauter. Die Spannung ändert sich zwischen +9 V und -9 V, also um insgesamt 18 V.
Sie können den Wandler mit der Hand
entladen, indem Sie beide Drahtenden
berühren. Danach ist wieder das Knacken zu hören, wenn Sie die Batterie
anschließen.
Ein Versuch ganz ohne die Batterie: Der
Schallwandler ist diesmal seine eigene
Spannungsquelle. Bei jeder Temperaturänderung verformt sich der Kristall etwas
und lädt sich mit einer elektrischen Spannung auf. Berühren Sie also das Trägerblech mit dem
Finger, um den Kristall zu erwärmen. Verbinden Sie dann die beiden Drähte. Sie hören ein Knacken. Die plötzliche Änderung der Spannung bewirkt eine Verformung und erzeugt damit Schall.
Beim Abkühlen des Wandlers können Sie es übrigens erneut knacken lassen.
Allgemein ist das Geräusch nicht sehr laut, wenn der Wandler einfach in der Luft hängt. Man
kann aber ein Stück Pappe oder Papier als Membran verwenden oder das Plättchen auf eine
Tischfläche drücken. Damit wird das Knacken lauter.
2. Tag Das Laborsteckboard
Alle folgenden Versuche werden auf der Labor-Experimentierplatine aufgebaut. Das Steckfeld mit
insgesamt 270 Kontakten im 2,54-mm-Raster sorgt für eine sichere Verbindungen der Bauteile.
Das Steckfeld hat im mittleren Bereich
230 Kontakte, die jeweils durch vertikale
Streifen mit 5 Kontakten leitend verbunden sind. Zusätzlich gibt es am Rand 40
Kontakte für die Stromversorgung, die
aus zwei horizontalen Kontaktfederstreifen mit 20 Kontakten bestehen. Das
Steckfeld verfügt damit über zwei unabhängige Versorgungsschienen.
Das Einsetzen von Bauteilen benötigt
relativ viel Kraft. Die Anschlussdrähte
knicken daher leicht um. Wichtig ist, dass die Drähte exakt von oben eingeführt werden. Dabei
hilft eine Pinzette oder eine kleine Zange. Ein Draht wird möglichst kurz über dem Steckbrett gepackt und senkrecht nach unten gedrückt. So lassen sich auch empfindliche Anschlussdrähte wie
die verzinnten Enden des Batterieclips und des Piezo-Schallwandlers ohne Knicken einsetzen.
Das Experimentierfeld mit einem typischen Aufbau
Hinter dem zweiten Türchen finden Sie auch den passenden Schaltdraht. Schneiden Sie mit einer Zange oder zur Not auch mit einer alten Schere jeweils passende Stücke ab und entfernen
2. Tag
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Sie an den Enden die Isolierung auf einer Länge von etwa 5 mm. Zum Abisolieren der Drahtenden hat es sich als praktisch erwiesen, die Isolierung mit einem scharfen Messer rundherum
einzuschneiden. Achtung, dabei sollte der Draht selbst nicht angeritzt werden, weil er sonst an
dieser Stelle leicht bricht.
Bauen Sie die Schaltung vom 1. Tag noch einmal in veränderter Form auf dem Steckboard auf.
Bilden Sie aus blanken Drahtstücken einen einfachen Umschalter. Wenn Sie einmal den oberen
und dann den unteren Kontakt schließen, hören Sie jeweils ein leises Knacken.
Ein zusätzlicher kurzer
Draht wird als Zugentlastung eingebaut, um die
weichen Anschlussdrähte
zu schonen. Der Batterieclip sollte immer verbunden bleiben, damit die Anschlüsse nicht übermäßig
abnutzen.
Noch ein Tipp zur leichteren Arbeit mit dem Steckboard: Schneiden Sie die Drähte am Ende
schräg an, damit sie eine scharfe Spitze erhalten und leichter in die Kontakte gesteckt werden
können. Dies ist auch für die Leuchtdioden, Widerstände und Kondensatoren sinnvoll und verhindert, dass die Anschlussdrähte beim Einstecken leicht umknicken.
3. Tag Ein Widerstand
3. Tag
Bauteil: Widerstand 1 k⍀ (braun, schwarz, rot)
Jeder elektrische Verbraucher besitzt elektrischen Widerstand, den man in Ohm misst. Je größer
der Widerstand, desto weniger wird der elektrische Strom geleitet. Ein Draht ist ein guter Leiter
und hat deshalb nur sehr wenig Widerstand. Das Bauteil „Widerstand“ ist ein weniger guter
elektrischer Leiter und hat entsprechend mehr Widerstand, in diesem Fall 1000 Ohm (1 Kiloohm,
1 k⍀).
Die Widerstände im Lernpaket sind Kohleschichtwiderstände mit Toleranzen von ±5%. Die Widerstandsschicht ist auf einem Keramikstab aufgebracht und mit einer Schutzschicht überzogen.
Die Beschriftung erfolgt in Form von Farbringen. Neben dem Widerstandswert ist mit dem vierten Ring (gold) auch die Genauigkeitsklasse angegeben.
Setzen Sie den Widerstand parallel zum
Schallwandler ein. Bauen Sie außerdem
einen einfachen Schalter aus zwei Drähten. Mit jeder Berührung der Drahtenden
hört man nun ein Knacken. Immer wenn
der Schalter geöffnet wird, entlädt sich
der Kristall des Piezo-Schallwandlers
über den Widerstand. Das geschieht relativ schnell. Deshalb hören Sie auch beim
Öffnen des Schalters ein etwas leiseres
Geräusch.
4. Tag Die rote Leuchtdiode
4. Tag
Bauteil: Eine rote Leuchtdiode (LED)
Beim Anschluss der LED muss grundsätzlich die Polung beachtet werden. Der Minus-Anschluss
heißt Kathode und liegt am kürzeren Anschlussdraht. Der Plus-Anschluss ist die Anode. Im Inneren der LED erkennt man einen kelchartigen Halter für den LED-Kristall, der meist an der Kathode liegt. Der Anodenanschluss ist mit einem extrem dünnen Drähtchen mit einem Kontakt auf
der Oberseite des Kristalls verbunden. Achtung, anders als Glühlämpchen dürfen LEDs niemals
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direkt mit einer Batterie verbunden werden. Es ist immer ein Vorwiderstand nötig.
Bauen Sie eine LED-Leuchte mit Vorwiderstand und Schalter. Sobald Sie den Schalter schließen,
leuchtet die LED hell auf.
Wenn Sie eine solche Schaltung genauer
planen wollen, geht es nicht ganz ohne
Berechnung. In diesem Fall muss man
wissen, dass an der LED in Durchlassrichtung eine konstante und weitgehend vom
Strom unabhängige Spannung von etwa 2
V liegt. In der Reihenschaltung teilt sich
die Batteriespannung auf die Verbraucher
auf. Am Widerstand liegen deshalb noch
7 V. Daraus kann der Strom berechnet
werden. Bekanntlich gilt nach dem Ohmschen Gesetz: I = U / R, also I = 7 V / 1000 ⍀ = 0,007 A =
7 mA. Der maximal erlaubte Strom für die LED ist 20 mA. Es gibt also noch genügend Reserven
und damit ein langes Leben für die LED.
5. Tag Die grüne LED
Bauteil: Eine grüne LED
5. Tag
Jetzt wird es bunt. Hinter dem fünften Türchen finden Sie eine grüne Leuchtdiode. Bauen Sie sie
in Reihe zur roten LED ein.
Nun leuchten beide LEDs. Die rote LED ist kaum merklich schwächer geworden. Statt 7 mA fließt
nun ein Strom von etwa 5 mA, der Unterschied fällt dem Auge kaum auf.
Vertauschen Sie einmal beide LEDs, wobei Sie wieder auf die richtige Polung
achten müssen. Wahrscheinlich war es
Ihnen schon klar, an der Helligkeit ändert
sich nichts. Nach den bewährten Gesetzen der Physik ist ja die Strömstärke im
unverzweigten Stromkreis (also bei Reihenschaltung) an jeder Stelle gleich.
6. Tag Parallelschaltung
Bauteil: Widerstand 1 k⍀ (braun, schwarz, rot)
Unterschiedliche LEDs sollte man nicht einfach parallel schalten. Jede bekommt daher ihren eigenen Vorwiderstand von 1 k⍀. Bauen Sie zusätzlichen einen Kontakt zwischen beiden Anoden
ein. Wenn Sie diesen Kontakt schließen, kann sich die Helligkeitsverteilung deutlich ändern. Der
Grund dafür liegt in der unterschiedlichen Spannung der LEDs. Die Durchlassspannung der roten
LED ist meist etwas geringer als die der grünen LED. Dann fließt der größere Teil des Stroms
durch die rote LED.
6. Tag
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7. Tag Der Kondensator
7. Tag
Bauteil: Elektrolytkondensator 100 μF
Ein Kondensator besteht aus zwei Metallflächen und einer Isolierschicht. Legt man eine elektrische Spannung an, bildet sich zwischen den Kondensatorplatten ein elektrisches Kraftfeld, in
dem Energie gespeichert ist. Die Kapazität eines Kondensators wird in Farad (F) gemessen. Der
Elektrolytkondensator (Elko) hat eine Kapazität von 100 μF (0,0001 F). Die Spannung darf nur in
einer Richtung angelegt werden. In der falschen Richtung fließt ein Leckstrom, der nach einiger
Zeit zur Zerstörung des Bauteils führt. Der Minuspol ist durch einen weißen Streifen gekennzeichnet und hat einen kürzeren Anschlussdraht. Das Schaltsymbol zeigt den Minus-Anschluss
als ausgefüllten Balken.
Das Prinzip der Ladung und Entladung eines Kondensators wird im folgenden Versuch deutlich. Ein Umschalter legt den
Kondensator abwechselnd an die Batterie
und an den Verbraucher aus Vorwiderstand und LED. Ähnlich wie ein Akku
nimmt der Kondensator jedes Mal einen
gewissen Energiebetrag auf und gibt ihn
dann an den Verbraucher wieder ab.
Bei jeder Entladung des Kondensators sieht man einen deutlichen Lichtblitz an der LED. Der Versuch erlaubt auch eine längere Pause zwischen dem Aufladen und Entladen des Elkos. Die Ladung bleibt einige Stunden lang erhalten.
8. Tag Mehr Widerstand
8. Tag
Bauteil: Widerstand 150 k⍀ (braun, grün, gelb)
Viel Widerstand sorgt dafür, dass in einem Stromkreis wenig Strom fließt. Setzt
man den Widerstand von 150 k⍀ als Vorwiderstand für eine LED ein, dann ergibt
sich ein Strom von ca. 0,05 mA = 50 μA.
Eine frische Batterie könnte damit mehr
als 1000 Stunden durchhalten. Natürlich
leuchtet die LED entsprechend schwach.
Eventuell müssen Sie den Raum etwas
abdunkeln, um das Leuchten klar zu erkennen.
9. Tag Der NPN-Transistor
9. Tag
Bauteil: NPN-Transistor BC547B
Transistoren sind Bauelemente zur Verstärkung kleiner Ströme. Die Anschlüsse des Transistors
heißen Emitter (E), Basis (B) und Kollektor (C). Der Basisanschluss liegt in der Mitte. Der Emitter
liegt rechts, wenn Sie auf die Beschriftung schauen und die Anschlüsse nach unten zeigen. Das
Schaltsymbol kennzeichnet die Basis durch einen Balken und den Emitter durch einen Pfeil.
Die Schaltung zeigt die Grundfunktion
des NPN-Transistors. Es gibt zwei Stromkreise. Im Steuerstromkreis fließt ein kleiner Basisstrom, im Laststromkreis ein
größerer Kollektorstrom. Beide Ströme
gemeinsam fließen durch den Emitter. Da
der Emitter hier am gemeinsamen Bezugspunkt der Schaltung liegt, nennt man
diese Schaltung auch die Emitterschal-
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tung. Sobald der Basisstromkreis geöffnet wird, fließt auch kein Laststrom mehr. Der entscheidende Punkt ist, dass der Basisstrom sehr viel kleiner ist als der Kollektorstrom. Der kleine Basisstrom wird also zu einem größeren Kollektorstrom verstärkt. Im vorliegenden Fall ist der
Stromverstärkungsfaktor etwa 150. Der Basiswiderstand mit 150 k⍀ ist 150-mal größer als der
Vorwiderstand im Laststromkreis.
Die LEDs dienen zum Anzeigen der Ströme. Die rote LED leuchtet hell, die grüne schwach. Nur in
einem abgedunkelten Raum ist der Basisstrom als geringes Leuchten der grünen LED zu erkennen. Der Unterschied ist ein Hinweis auf die große Stromverstärkung.
10. Tag Ein Berührungssensor
Bauteil: NPN-Transistor BC547B
10. Tag
Hinter dem zehnten Türchen finden Sie einen zweiten NPN-Tansistor. Wenn man zwei Transistoren passend zusammenschaltet, erhält man wesentlich mehr Verstärkung. Das eröffnet neue
Möglichkeiten. Die Stromverstärkungsfaktoren zweier Transistoren lassen sich multiplizieren,
wenn man den verstärkten Strom des ersten Transistors als Basisstrom des zweiten Transistors
noch einmal verstärkt.
Wenn man von einem Verstärkungsfaktor
von 300 für jeden der Transistoren ausgeht, hat die Schaltung eine Verstärkung
von 90000. Für die volle Aussteuerung
der LED reicht schon ein winziger Basisstrom. Damit erhält man einen wirksamen Berührungsschalter. Zwei blanke
Drähte werden mit zwei Fingern berührt.
Ein Befeuchten der Finger ist nicht erforderlich, da sogar die trockene Haut noch
genügend Strom leitet, um die Schaltung
durchzusteuern. Ein zusätzlicher Widerstand mit 150 k⍀ schützt die Transistoren vor zu viel Basisstrom, wenn beide Drähte versehentlich direkt verbunden werden.
11. Tag Ein Lichtsensor
Bauteil: Widerstand 27 k⍀ (rot, violett, orange)
Eine LED lässt sich auch als Lichtsensor verwenden. Dazu baut man sie „falsch herum“ mit der
Kathode zum Pluspol, also in Sperrrichtung ein. Es fließt fast kein Strom, jedenfalls wenn es
dunkel ist. Aber mit der Helligkeit steigt der Sperrstrom. Der immer noch sehr geringe Strom
wird hier durch zwei Transistoren erheblich verstärkt und bringt die zweite LED zum Leuchten.
Wenn Sie den Lichtsensor mit der Hand abschatten leuchtet die rote LED entsprechend schwächer.
11. Tag
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12. Tag Personendetektor
12. Tag
Bauteil: NPN-Transistor BC547B
Mit dem dritten Transistor wird die Verstärkung noch einmal kräftig erhöht. Nun können Sie eine LED bereits ohne eine direkte Berührung zum Leuchten bringen. Es reicht ein veränderliches
elektrisches Feld, um einen geringen Basisstrom zu erzeugen.
Ein Mensch wird durch Gehen auf einem
isolierten Untergrund fast immer etwas
elektrisch aufgeladen. Bei sehr trockener
Luft führt das bekanntlich zu schmerzhaften Stromschlägen. Aber auch wenn die
Ladung nur gering ist, wird sie von dieser
Schaltung erkannt. Bewegen Sie Ihre
Hand in der Nähe des offenen Verstärkereingangs. Die LED wird dann deutlich
flackern.
Verlängern Sie den Eingang der Schaltung mit einem Stück Draht. Nun wird eine ausreichend
stark geladene Person sogar dann erkannt, wenn sie sich in einem Meter Abstand bewegt.
13. Tag Schwingungssensor
13. Tag
Bauteil: Widerstand 2,2 M⍀ (rot, rot, grün)
Der Piezo-Schallwandler arbeitet auch als Mikrofon oder als Kraftsensor. Jede kleine Verbiegung
des Kristalls erzeugt eine geringe elektrische Spannung. Mit dem passenden Verstärker und einer
LED lässt sich die Verformung anzeigen.
Der Verstärker mit zwei NPN-Transistoren enthält eine Gegenkopplung über den 2,2-M⍀-Widerstand. Deshalb stellt sich automatisch ein mittlerer Ausgangsstrom ein, bei dem die LED
schwach leuchtet. Sobald der Piezowandler jedoch eine Spannung erzeugt, ändert sich die
LED-Helligkeit.
Stellen Sie ein kleines Gewicht mit ca.
100 g auf den Kristall. Der Schwingungssensor zeigt nun jede Erschütterung des
Untergrunds. Je nach Bodenbeschaffenheit können die Schritte einer Person angezeigt werden.
Mit etwas Geschick lässt sich der Sensor
sogar als Puls-Anzeige verwenden. Halten
Sie den Sensor vorsichtig an Ihren Unterarm. An der richtigen Stelle flackert die LED deutlich im Takt Ihres Herzschlags.
14. Tag Ein NF-Verstärker
14. Tag
Bauteil: Keramischer Kondensator 10 nF
Der Scheibenkondensator verwendet ein spezielles Isoliermaterial, mit dem man relativ große
Kapazitäten bei kleiner Bauform erreicht. Der keramische Kondensator mit 10 nF (Nanofarad)
trägt die Beschriftung 103 (= 10.000 pF).
Der Keramik-Kondensator besitzt im Gegensatz zum Elektrolytkondensator keine Polung, kann
also in jeder Richtung betrieben werden. Das Schaltsymbol verwendet daher zwei gefüllte Balken. Auch der Betreib an Wechselspannung ist möglich. Der Verstärker aus dem letzten Versuch
wird nun zu einem NF-Verstärker umgebaut. Am Ausgang liegt nun der Piezo-Schallwandler als
kleiner Lautsprecher.
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Legen oder kleben Sie den Schallwandler auf ein Stück Pappe oder Papier, um eine bessere
Schallabstrahlung und damit mehr Lautstärke zu erreichen. Berühren Sie dann den Eingang mit
dem Finger. Sie hören ein Brummen oder Summen, das durch 50-Hz-Störungen aus dem Lichtnetz verursacht wird. Das Brummen wird lauter, wenn Sie den Minusanschluss der Schaltung
zusätzlich erden.
Prinzipiell kann auch eine Signalquelle wie ein Mikrofon, ein Radio oder MP3-Player an den Eingang angeschlossen werden. Das Signal ertönt dann aus dem Piezo-Lautsprecher. Im Einzelfall
kann es zu einer Übersteuerung kommen, weil der Verstärker eine hohe Eingangsempfindlichkeit aufweist.
Berühren Sie mit einem Finger den Eingang der Schaltung und mit dem andern
Finger den Ausgang. Dadurch bildet sich
eine Rückkopplung und es entsteht ein
Tonsignal. Sie hören ein Pfeifen.
15. Tag Hochfrequenzdetektor
Bauteil: Widerstand 3,3 k⍀ (orange, orange, rot)
15. Tag
Mit einer geringen Änderung lässt sich der Verstärker auch als Hochfrequenzempfänger einsetzen. Der Widerstand am Eingang bewirkt, dass die Schaltung weniger empfindlich für die Einstrahlung tiefer Frequenzen ist. Ein Stück Draht am Eingang fängt jedoch Hochfrequenzsignale
auf, die Verstärkerschaltung wirkt zugleich als Demodulator und macht sie hörbar.
Betätigen Sie einen Lichtschalter. Dabei entsteht ein Störimpuls, der als Knacken empfangen
wird. Schließen Sie auch einmal einen etwas längern Antennendraht von etwa drei Metern an.
Mit etwas Glück können Sie nun verschiedene Radiosender hören. Mit einem kurzen Antennendraht von ca. 10 cm lassen
sich Hochfrequenzquellen finden. Fernseher, Monitore, Energiesparlampen und
Schaltnetzteile können Hochfrequenzfelder erzeugen, die Sie mit diesem Detektor
nachweisen können.
16. Tag Ein elektronischer Blinker
Bauteil: Widerstand 27 k⍀ (rot, violett, orange)
Bauen Sie einen elektronischen Blinker mit zwei Transistoren und einer LED. Die Schaltung besteht im Prinzip aus einem Verstärker mit einer Rückkopplung über den 100-μF-Elko. Dadurch
entstehen langsame Schwingungen, die
die LED abwechselnd ein- und ausschaltet. Das Blinken ist mit einem vollständigen Wechsel in etwa zehn Sekunden sehr
langsam.
16. Tag
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17. Tag Ein Tongenerator
17. Tag
Bauteil: Widerstand 470 ⍀ (gelb, violett, braun)
Ersetzen Sie den Elko der Blinkschaltung durch den kleineren Keramikkondensator. Die Schwingungen werden dadurch wesentlich schneller und kommen in den Tonfrequenzbereich.
Sie haben nun einen NF-Signalgenerator gebaut. Aus dem Schallwandler ertönt ein hoher Ton.
Berühren Sie den Kondensator mit
dem Finger. Die Tonhöhe steigt an.
Der Keramikkondensator hat nämlich einen relativ großen Temperaturkoeffizienten, d. h. er verringert
seine Kapazität mit der Temperatur, womit die Frequenz steigt.
18. Tag Flip-Flop
18. Tag
Bauteil: Widerstand 150 k⍀ (braun, grün, gelb)
Ein Flip-Flop ist eine Kippschaltung, die zwei stabile Zustände kennt: an und aus. Auch der elektronische Blinker ist ein Flip-Flop, jedoch wechseln bei ihm die Zustände automatisch. Bei der
folgenden Schaltung wird nur durch ein kurzes Betätigen von Kontakten umgeschaltet. Ohne absichtliches Umschalten bleibt der letzte Zustand stabil. Es handelt sich also um einen binären
Speicher, wie er auch in der Computertechnik eingesetzt wird.
Drücken Sie kurz auf den linken
Taster. Damit wird die rote LED eingeschaltet. Entsprechend schaltet der
rechte Taster auf die grüne LED um.
Sie können die Schaltung als Merkhilfe
einsetzen, wer von zwei Personen zuletzt die Küche aufgeräumt hat.
19. Tag Der Wechselblinker
19. Tag
Bauteil: Elko 100 μF
Nach einem einfachen Blinker wird nun ein symmetrischer langsamer Wechselblinker mit zwei
LEDs aufgebaut. Es leuchtet jeweils für etwa sieben Sekunden abwechselnd die rote und die grüne LED. Für die Rückkopplung werden nun zwei Elkos gebraucht.
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20. Tag Ein Sensorschalter
Bauteil: Widerstand 27 k⍀ (rot, violett, orange)
20. Tag
Der Piezo-Wandler wird hier als Sensor eingesetzt. Die nachfolgende monostabile Kippstufe aus
zwei Transistoren schaltet eine LED ein. Sie müssen nur auf den Piezo-Sensor klopfen, dann geht
das Licht für knapp eine Minute an und dann allein wieder aus. Wird der Sensor an einer größeren Fläche befestigt, dann lässt sich der Schalter auch im Dunkeln verwenden.
21. Tag Der Klopfgeist
Bauteil: PNP-Transistor BC557B
21. Tag
Geräusche unbekannter Herkunft werfen Fragen auf. Handelt es sich um einen Klopfgeist oder
doch nur um das Heizungsrohr? Hier wird ein langsam wiederholtes Knacken viermal pro Minute
elektronisch mit zwei NPN-Transistoren und einem PNP-Transistor in einer Kippschaltung erzeugt.
Der PNP-Transistor funktioniert wie ein NPN-Transistor, aber mit vertauschter Polarität. Am Emitter liegt also eine positive Spannung. Im Schaltsymbol zeigt der Emitter-Pfeil deshalb nach innen.
Kippschwingungen entstehen, wenn ein Kondensator periodisch bis zu einer bestimmten Spannung geladen wird und sich dann schlagartig entlädt. Solange der Kondensator noch geladen
wird, bleibt der PNP-Transistor gesperrt,
und auch die beiden NPN-Transistoren
erhalten keinen Basisstrom. Sobald der
Kondensator auf ca. 5 V aufgeladen ist,
fließt ein Strom, der sich durch Rückkopplung zu einem kräftigen Entladestrom verstärkt. Erst wenn der Kondensator entladen ist, sperren die Transistoren,
und der nächste Ladevorgang beginnt.
22. Tag Blitzlicht
Bauteil: Elko 100 μF
Die Schaltung des Kippgenerators lässt sich auch zu einem Blitzlicht umbauen. Der Entladestrom
fließt dazu über die rote LED. Damit noch mehr Energie zur Verfügung steht, werden drei Elkos
mit je 100 μF parallel geschaltet. Es dauert jeweils etwa eine Minute bis die gesammelte Energie sich in einem Blitz entlädt.
22. Tag
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23. Tag Die elektronische Grille
23. Tag
Bauteil: Widerstand 1 k⍀ (braun, schwarz, rot)
Eine Grille kann in der Nacht ganz schön nerven, denn sie erzeugt laute Geräusche. Diese Schaltung erzeugt ein Piepsen – aber wie die Grille nur wenn es dunkel ist. Sie können den Piepser irgendwo verstecken. Da er sich nur im Dunkeln meldet, ist er nicht leicht zu finden.
Die Grille ist eine Kombination aus zwei schon bekannten Schaltungen, dem Tongenerator und
dem Lichtsensor. Wenn Licht auf die rote LED fällt, erhält der mittlere Transistor einen größeren
Basisstrom, sodass die
Schwingungen aufhören.
24. Tag Der Dreiphasen-Blinker
24. Tag
Bauteil: Gelbe LED
Drei LEDs sollen hier in einer gemeinsamen Schaltung eingesetzt werden und ein angenehmes
Flackern erzeugen. Je nachdem, ob Sie die Schaltung direkt an 9 V oder über 470 Ohm oder sogar 3,3 k⍀ betreiben, ist das Flackern schnell und hell oder langsamer und weniger hell.
Die Schaltung erinnert auf den ersten Blick an den Wechselblinker. Die LEDs werden hier jedoch
nicht plötzlich ein- und ausgeschaltet, sondern ändern ihre Helligkeit fließend. Tatsächlich ist die
Schaltung ein langsamer Dreiphasen-Sinusgenerator, wobei die Frequenz stark vom Betriebsstrom abhängt. Die langsamsten Schwingungen entstehen, wenn Sie den 3,3-k⍀-Widerstand in
Reihe zur Batterie einsetzen. Dieses optoelektronische Kunstwerk ist es wert, an den Weihnachtsbaum gehängt zu werden!
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Anhang
Bauteile im Kalender:
1: Piezo-Schallwandler und Batterieclip
2: Experimentier-Steckboard und Draht
3: Widerstand 1 k⍀
4: LED rot
5: LED grün
6: Widerstand 1 k⍀
7: Elko 100 μF
8: Widerstand 150 k⍀
9: NPN-Transistor BC547B
10: NPN-Transistor BC547B
11: Widerstand 27 k⍀
12: NPN-Transistor BC547B
13: Widerstand 2,2 M⍀
14: Kondensator 10 nF
15: Widerstand 3,3 k⍀
16: Widerstand 27 k⍀
17: Widerstand 470 ⍀
18: Widerstand 150 k⍀
19: Elko 100 μF
20: Widerstand 27 k⍀
21: PNP-Transistor BC557B
22: Elko 100 μF
23: Widerstand 1 k⍀
24: LED gelb
Zusätzlich erforderlich: Eine 9-V-Batterie
Der Widerstands-Farbcode
Farbe
Ring 1
1. Ziffer
schwarz
Ring 2
2. Ziffer
Ring 3
Multiplikator
0
1
Ring 4
Toleranz
braun
1
1
10
1%
rot
2
2
100
2%
orange
3
3
1000
gelb
4
4
10000
grün
5
5
100000
blau
6
6
1000000
10000000
violett
7
7
grau
8
8
weiß
9
9
0,5%
Gold
0,1
5%
Silber
0,01
10%
Literatur:
Kainka, Häßler, Straub, Grundwissen Elektronik, Franzis Verlag 2004
B. Kainka, Lernpaket Einstieg in die Elektronik, Franzis Verlag 2008
www.franzis.de/elo-das-magazin
3199 Booklet
09.05.2008
9:00 Uhr
Seite 16
Das Fest der Technik
Dieser exklusive Adventskalender zum 85-jährigen Jubiläum der Firma Conrad
Elektronik enthält für jeden Tag ein spannendes Elektronik-Experiment und hinter
jedem Türchen ein elektronisches Bauteil. Tag für Tag, vom 1. Dezember bis zum
24. Dezember, erweitern Sie damit Ihr Wissen im Bereich der Elektronik – egal ob
im Hobby, in der Schule, beim Studium, in der Ausbildung oder im Beruf. Als
besonderes Highlight bauen Sie am 24. Dezember eine elektronische Schaltung
auf, mit der Sie Ihren Weihnachtsbaum schmücken können.
Wenn Sie genau der Reihe nach vorgehen, sind die einzelnen Schaltungen leicht
zu bauen. Und auch ohne Vorkenntnisse werden Sie im Laufe des Monats immer
mehr Spaß an den Experimenten haben und viel über Elektronik lernen. Einige
Bauteile werden immer wieder benötigt und später wieder eingesetzt. Bewahren
Sie deshalb alle Bauteile gut auf!
Das beigefügte Buch beschreibt für Sie die genaue Vorgehensweise und für jeden
Tag ein neues Experiment. 24 spannende Technik-Ideen bereiten Ihnen und Ihrer
Familie in der gemeinsamen Adventszeit viel Freude!
Zusätzlich wird benötigt: 9-Volt-Blockbatterie